JP2906615B2 - 導波路型波長変換素子 - Google Patents

導波路型波長変換素子

Info

Publication number
JP2906615B2
JP2906615B2 JP23479890A JP23479890A JP2906615B2 JP 2906615 B2 JP2906615 B2 JP 2906615B2 JP 23479890 A JP23479890 A JP 23479890A JP 23479890 A JP23479890 A JP 23479890A JP 2906615 B2 JP2906615 B2 JP 2906615B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
grating
wavelength
excitation light
waveguide
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP23479890A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH04115239A (ja
Inventor
実 角谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
Priority to JP23479890A priority Critical patent/JP2906615B2/ja
Publication of JPH04115239A publication Critical patent/JPH04115239A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2906615B2 publication Critical patent/JP2906615B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、レーザ光をより短波長光に変換するための
導波路型波長変換素子に関し、特に第2高調波発生によ
り波長変換する導波路型波長変換素子に関する。
(従来の技術) レーザ光の波長変換素子、特に第2高調波発生(SHG:
Second Harmonic Generation)素子は、より短波長なコ
ヒーレント光を得るデバイスとして産業上極めて重要で
ある。
通常、このSHGには2次の非線形性を有する非線形光
学結晶が用いられ、効率の良い波長変換を行うためには
位相整合条件を満足しなければならない。この位相整合
条件を満たすためには、励起光の波長に応じて、励起光
の非線形光学結晶への入射角を制御したり、非線形光学
結晶の温度を制御したりしなければならない。MgOをド
ープしたLiNbO3基板上のTi拡散チャンネル型導波路によ
る第2高調波発生において、位相整合条件を満たすため
に、LiNbO3の温度を制御している例として「ジャーナル
・オブ・オプティカル・ソサイアティ・オブ・アメリカ
・ビー(Journal of Optical Society of America B)v
ol.5No.2(1988)pp.292-299」記載の論文がある。ま
た、β‐BaB2O4のバルク結晶による第2高調波発生にお
いて、位相整合条件を満たすために、結晶の複屈折性を
利用して励起光の結晶への入射角を制御している例とし
て「アイ・イー・イー・イージャーナル・オブ・カンタ
ム・エレクトロニクス(IEEE Journal of Quantum Elec
tronics)vol.QE-22No.7(1986)pp.1013-1014」記載の
論文がある。
(発明が解決しようとする課題) 上述した従来の波長変換素子では励起光の波長が変動
すると位相整合条件が満たされなくなるので、励起光の
波長に応じて波長変換素子への入射角を機械的に制御し
たり、あるいは励起光の波長を制御したりしなければな
らないという欠点がある。
本発明の目的は、励起光源の波長が変動した場合にも
上記のような制御を必要としないで位相整合条件の満た
される導波路型波長変換素子を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 本発明の導波路型波長変換素子は平面導波路と基板の
うちの少なくとも一方が複屈折性の2次の非線形光学結
晶からなる導波路型波長変換素子において、 前記平面導波路に入射した励起光を位相整合条件を満
足する方向へ導く第1のグレーティングと、この第1の
グレーティングから導かれた光の波長を変換する相互作
用領域と、この相互作用領域を通過した光を一定方向に
導く第2のグレーティングとからなり、 前記励起光の波長がλ1oのとき前記第1のグレーティ
ングおよび前記第2のグレーティングの光の進行方向の
変わる点を各々第1の基準点、第2の基準点としたとき
に、 前記第1のグレーティングは、前記第1の基準点から
励起光の導波方向θinに向かって (式中lは相互作用領域の長さ、 で前記励起光に波長変動Δλが生じたときに相互作用
領域内での位相整合条件を満足する方向の変化量を示
す。) の位置の第1のグレーティングの向きが (式中θpmoは励起光の波長がλ1oのときの位相整合
条件を満たす方向が結晶軸となす角度を示す。)であ
り、前記励起光が前記第1のグレーティングに入射する
前後の導波路の等価屈折率をN1,in、N1,pmとしたとき、
第1のグレーティングの間隔が であり、 さらに、前記第2のグレーティングは、前記第2の基
準点からθoutの方向へ (式中l、Δθpmは前記と同じ意味を示す。) だけ変位した点での第2のグレーティングの向きが (式中θpmoは前記と同じ意味を示す。) であり、第2高調波が第2のグレーティングに入射する
前後の、導波路の等価屈折率をN2,pm、N2,outとしたと
き、第2のグレーティングの間隔が (λは出力光の波長を示す。θpm=θpmo+Δθp
m)(m=1,2,3,…) であることを特徴とする。
(作用) 以下、図面を参照しながら本発明の作用を説明する。
第2図は本発明の上面図である。励起光の導波方向を変
えることによって位相整合をとるタイプの波長変換素子
において、その導波方向をその波長変動にかかわらず位
相整合のとれる方向に自動的に変え、さらにこれにとも
なって変わる第2高調波の導波方向を一定にすることが
本発明のポイントで、その作用を以下に説明する。
本発明では、平面導波路と基板のうちの少なくとも一
方に複屈折性の2次の非線形光学結晶を用いているた
め、平面導波路を導波する光に対して伝搬定数が導波方
向によって変わり、励起光の導波方向を変えることによ
って第2高調波発生のための位相整合をとることが可能
である。
また、波長の変化により、反射角または回折角が変化
するように周期と角度を連続的に変化させて形成した2
組のグレーティングを相互作用領域をはさんで平行に設
けることにより、励起光の導波方向を位相整合のとれる
方向に自動的に変えることができる。このグレーティン
グについて以下に詳しく説明する。
励起光3の波長λがλ1oであるとする。このとき波
長変換の位相整合がとれる方向は、平面導波路2と平行
な結晶c軸8に対して右回りに角θpmoの方向である。
第1のグレーティングは、結晶c軸8に対してθinの方
向に入射した励起光3をθpmo方向に反射または回折さ
せる。ここでは簡単のため第1のグレーティングは励起
光反射グレーティングであるとして反射の場合を例にと
って説明する。この励起光反射グレーティング5の法線
の向きは、結晶c軸8に対して右回りに角θgr1oの方向
である。ここでθgr1は次式で表される。
このとき、励起光3が第1のグレーティング5によっ
て反射する点を、第1の基準点9と呼ぶことにする。励
起光3の励起光反射グレーティング5による反射の前後
における導波路の等価屈折率をN1o,in、N1o,pmとする
と、中心波長λ1oの励起光3が反射する位置でのグレー
ティングの間隔は、 となる。
相互作用領域7で励起光3が第2高調波4に変換さ
れ、結晶c軸8に対しθpmoの角度で第2高調波4は導
波する。第2高調波4を、出力として取り出す方向θou
tに第2高調波反射グレーティング6によって反射させ
る。ここて取り出す方向θoutは、励起光3の入射方向
θinと同じとする。このとき第2高調波反射グレーティ
ング6の法線の向きは、結晶c軸から右回り角θgr2oで
ある。角θgr2oは である。このとき、第2高調波4が第2のグレーティン
グ6で反射する位置を第2の基準点10と呼ぶことにす
る。第2高調波4が第2高調波反射グレーティング6に
よって反射する前後の導波路の等価屈折率をN2o,pm、N2
o,outとすると、波長λ2o=λ1o/2の第2高調波4が反
射する位置でのグレーティングの間隔は、 となる。
波長λ=λ1oの励起光3にΔλの波長変動が生じ
た場合について考える。θpmは励起光3の波長の変化Δ
λに伴って変わり、θpmoからの変化量Δθpmは と近似できる。
この励起光3の入射方向θinが一定として、励起光3
に波長変動Δλが生じると、励起光3は第1の基準点
9では反射しなくなる。励起光反射グレーティング5は
間隔が連続的に変化しているので、波長変動Δλに伴
って、例えば第1の基準点9からθinの方向にΔx1だけ
変位した点で励起光は反射されるようになる。このΔx1
を近似的に (lは相互作用領域の長さを示す。) とし、この点での励起光反射グレーティング5の向きθ
gr1とする。また励起光3が励起光反射グレーティング5で
の反射する前後の、導波路の等価屈折率をN1,in、N1,pm
と表し、第1のグレーティング5の間隔を とする。こうすることによって、波長変動Δλが生じ
ても常に励起光3を位相整合が可能な方向へ反射させる
ことができる。
励起光3に波長変動が生じた場合、第2高調波4の波
長及び相互作用領域7における導波方向もこれにともな
って変化する。相互作用領域7で励起光3は第2高調波
4に変換されながらθpmの方向へ導波する。第2高調波
4は第2の基準点10からθoutの方向へ近似的に (lは、相互作用領域の長さを示す。) だけ変位した位置で第2高調波反射グレーティング6に
入射する。この点での第2高調波反射グレーティング6
の向きθgr2とする。この点での第2高調波4が第2のグレーティン
ク6での反射する前後の、導波路の等価屈折率をN2,p
m、N2,outと表し、グレーティングの間隔を (λは出力光の波長を示す。θpm=θpmo+Δθp
m)(m=1,2,3,…) とすることによって、励起光3の波長変動に伴って変化
する相互作用領域内での第2高調波4の導波方向にかか
わらず、第2高調波4を常に同じ方向θoutに反射さ
せ、導波させることができる。
以上では、第2高調波の出射方向を励起光と同じ方向
としたが、出射方向は励起光と逆方向としてもよい。こ
のときは第2高調波反射グレーティング6の法線の方向
を、励起光反射グレーティング5の方向と90°の向きに
すればよい。
(実施例) 以下図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
第1図は本発明の一実施例の斜視図である。X(Y)
板BBO結晶1の表面に平面導波路2が設けられている。
平面導波路2上には、入射した励起光3を常に位相整合
がとれる方向に反射させる励起光反射グレーティング5
が設けられている。励起光反射グレーティング5は、励
起光3の波長が変動した場合にも位相整合がとれる方向
へ励起光を反射させることができるような周期と角度が
連続的に変化したグレーティングである。さらに相互作
用領域7で発生する第2高調波4を、常に同じ方向へ反
射させる第2高調波反射グレーティング6が設けられて
いる。第2高調波反射グレーティング6も励起光反射グ
レーティング5と同様に周期と角度が連続的に変化した
グレーティングであり、相互作用領域7をはさんで励起
光反射グレーティングと平行に設けられている。第1図
に示した結晶c軸8は基板面と平行である。
本実施例では中心波長が0.82μmで0.81μm〜0.83μ
mの波長変動帯域を有する半導体レーザ光のSHGを考え
ている。平面導波路2は、屈折率が励起光3の波長にお
いて約1.686、第2高調波の波長において約1.717のガラ
スLaK14をスパッタリングによって厚さが1.4μmとなる
ように作製している。TM0モードで導波する波長λ
0.82μmの励起光3は、その導波方向がBBOの結晶c軸
8に対して角θpmが約138°の場合位相整合条件を満足
する。この波長付近でのθpmの波長λに対する変化率
∂θpm/∂λは0.6deg/nmとなる。したがって、上記変
動帯域を有する場合に144°〜132°の範囲でTE3モード
で導波する第2高調波4に対して位相整合がとれる。励
起光3は初めに結晶c軸8に対して48°の方向に導波す
る。第1のグレーティング5は、励起光3の波長変動帯
域0.81μm〜0.83μmに対して、(3)式により、周期
が0.358μm〜0.331μm(あるいはその整数倍)の間で
連続的に変化し、その方向は(2)式により186°〜180
°となるように連続的に変化するように設計してある。
相互作用領域7で発生する第2高調波4は、励起光3の
波長変動帯域に対応して、0.405μm〜0.415μmの帯域
をもつ。第2のグレーティング6はこれに対応して、周
期が(6)式により0.178μm〜0.165μm(あるいはそ
の整数倍)の間で連続的に変化し、その方向は(5)式
により7°〜0°の間で連続的に変化させてある。こう
することによって、第2高調波4の波長変動や相互作用
領域7における導波方向によらず、出力として取り出す
方向が常に結晶c軸に対して48°の方向になる。
本実施例では、非線形光学結晶としてBBOを使用した
が、KTP、LiNbO3、KNbO3など、BBO以外の無機非線形光
学結晶でもよいし、有機非線形光学材料であってもよ
い。
本実施例では、非線形光学結晶BBOにスパッタリング
によりガラスを材料として平面導波路を形成したが、直
接、非線形光学結晶表面にプロトン交換などのイオン交
換や、Ti拡散などの熱拡散法などによっても平面導波路
を作製できる。
本実施例では、第1のグレーティング5や第2のグレ
ーティング6はイオンビームエッチングによって導波路
表面に凹凸をつけることによって作製してある。これら
のグレーティングは、導波路表面に誘電体をクラッディ
ングすることによっても作製できるし、またプロトン交
換などのイオン交換や、Ti拡散などの熱拡散法など、導
波路材料に応じた他の作製方法てもよいことは言うまで
もない。
(発明の効果) 本発明によれば、励起光源の波長変動があっても波長
変換による高調波の出力が安定な導波路型波長変換素子
が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を説明するための斜視図、第2
図は本発明の作用を説明するための上面図である。 1……X(Y)板BBO結晶、2……平面導波路、3……
励起光、4……第2高調波、5……励起光反射グレーテ
ィング、6……第2高調波反射グレーティング、7……
相互作用領域、8……結晶c軸、9……第1の基準点、
10……第2の基準点

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】平面導波路と基板のうちの少なくとも一方
    が複屈折性の2次の非線形光学結晶からなる導波路型波
    長変換素子において、 前記平面導波路に入射した励起光を位相整合条件を満足
    する方向へ導く第1のグレーティングと、この第1のグ
    レーティングから導かれた光の波長を変換する相互作用
    領域と、この相互作用領域を通過した光を一定方向に導
    く第2のグレーティングとからなり、 前記励起光の波長がλ1oのとき前記第1のグレーティン
    グおよび前記第2のグレーティングの光の進行方向の変
    わる点を各々第1の基準点、第2の基準点としたとき
    に、 前記第1のグレーティングは、前記第1の基準点から励
    起光の導波方向θinに向かって (式中lは相互作用領域の長さ、 で前記励起光に波長変動Δλが生じたときに相互作用
    領域内での位相整合条件を満足する方向の変化量を示
    す。) の位置の第1のグレーティングの向きが (式中θpmoは励起光の波長がλ1oのときの位相整合条
    件を満たす方向が結晶軸となす角度を示す。)であり、
    前記励起光が前記第1のグレーティングに入射する前後
    の導波路の等価屈折率をN1,in、N1,pmとしたとき、第1
    のグレーティングの間隔が であり、 さらに、前記第2のグレーティングは、前記第2の基準
    点からθoutの方向へ (式中l、Δθpmは前記と同じ意味を示す。) だけ変位した点での第2のグレーティングの向きが (式中θpmoは前記と同じ意味を示す。) であり、第2高調波が第2のグレーティングに入射する
    前後の、導波路の等価屈折率をN2,pm、N2,outとしたと
    き、第2のグレーティングの間隔が (λは出力光の波長を示す。θpm=θpmo+Δθpm)
    (m=1,2,3,…) であることを特徴とする導波路型波長変換素子。
JP23479890A 1990-09-05 1990-09-05 導波路型波長変換素子 Expired - Lifetime JP2906615B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23479890A JP2906615B2 (ja) 1990-09-05 1990-09-05 導波路型波長変換素子

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23479890A JP2906615B2 (ja) 1990-09-05 1990-09-05 導波路型波長変換素子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04115239A JPH04115239A (ja) 1992-04-16
JP2906615B2 true JP2906615B2 (ja) 1999-06-21

Family

ID=16976559

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP23479890A Expired - Lifetime JP2906615B2 (ja) 1990-09-05 1990-09-05 導波路型波長変換素子

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2906615B2 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2679050B1 (fr) * 1991-07-09 1994-08-26 Thomson Csf Dispositifs d'optique non lineaire.

Also Published As

Publication number Publication date
JPH04115239A (ja) 1992-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1586940B1 (en) Optical waveguide device, coherent light source and optical apparatus using said optical waveguide device
JPH0669582A (ja) 短波長光源
JP2685969B2 (ja) 第2高調波発生装置
US5504616A (en) Wavelength conversion device
JP3129028B2 (ja) 短波長レーザ光源
JPH10254001A (ja) 光波長変換モジュール
JP3156444B2 (ja) 短波長レーザ光源およびその製造方法
JP2906615B2 (ja) 導波路型波長変換素子
US5311352A (en) Increasing the birefringence of KTP and its isomorphs for type II phase matching
JP2725302B2 (ja) 導波路型波長変換素子
JP2822778B2 (ja) 波長変換素子
JPH0933962A (ja) 波長変換装置および波長変換方法
JP3111786B2 (ja) 短波長レーザ光源
JPH05249518A (ja) 波長変換素子
JPH0566440A (ja) レーザ光源
JPH0651359A (ja) 波長変換素子、短波長レーザ装置および波長可変レーザ装置
JP2658381B2 (ja) 導波路型波長変換素子
JP2833392B2 (ja) 波長変換素子
JPS6118933A (ja) 光波長変換器
JP2822807B2 (ja) 波長変換素子
JPH06194703A (ja) 波長変換素子
JP2004020571A (ja) 波長変換装置
JP2666540B2 (ja) 導波路型波長変換素子
JPH06160926A (ja) 波長変換素子
JPH07281225A (ja) 光導波路型第二高調波発生素子